天然資源経済学

永続的な資源の概念は複雑です。なぜなら、資源の概念自体が複雑で、新しい技術（通常はより効率的な回収）、新しいニーズ、そして程度は低いものの新しい経済状況（例えば、材料価格の変化、エネルギーコストの変化など）の出現によって変化するからです。一方では、材料（およびその資源）が不足期に入り、戦略的かつ重要な材料（即時枯渇危機）となる可能性がありますが、他方では、材料が使用されなくなり、それまで永続的ではなかった資源が永続的になり、その後、材料がほぼ完全に使用されなくなると、その資源は古資源となる可能性があります（例えば、矢じりグレードのフリントの資源）。材料の資源に影響を与える複雑な要因には、リサイクルの程度、最終製品における材料の適切な代替品の入手可能性、その他いくつかの重要度の低い要因が含まれます。

1941年12月7日、日本が米国への錫とゴムの供給を遮断し、タングステンなどの他の物資の入手を極めて困難にした直後、連邦政府は資源問題に突如として強い関心を抱くようになった。これは資源供給の面で最悪の事態であり、これらの物資は戦略的かつ重要な物資となった。戦後、政府は戦略的かつ重要な物資の備蓄体制を構築し、現金で購入したり、米国の農産物と交換したりして入手した約100種類の物資を保有するようになった。長期的には、錫の不足により、錫箔の代わりにアルミホイルが、錫メッキ鋼缶の代わりにポリマーライニング鋼缶や無菌包装が完全に使用されるようになった。

資源は技術や経済状況の変化に伴い時間とともに変化し、より効率的な回収によって必要な鉱石品位が低下します。処理された銅鉱石の平均品位は、1900年の銅4.0%から1920年には1.63%、1940年には1.20%、1960年には0.73%、1980年には0.47%、2000年には0.44%に低下しました。^{[ 9 ]}

コバルトの供給状況は、ベルギー領コンゴ（世界で唯一の重要なコバルト産地）が1960年に性急に独立し、コバルト産出州がカタンガ州として分離独立して以来、不安定な状態が続いていた。その後、幾度かの戦争や反乱、地方政府の解散、鉄道の破壊、国有化などが起こった。これに拍車をかけたのは、1978年にカタンガ反乱軍が同州に侵攻し、供給と輸送が混乱し、コバルト価格が一時的に3倍になったことだった。コバルトの供給が混乱し価格が高騰する間、ニッケルなどの代替品が急遽使用されるようになった。^{[ 10 ]}

これに続いて、ソ連による「資源戦争」の構想が広まった。ザイールのコバルト問題で生じた混乱とは異なり、これは計画的な戦略であり、ソ連圏外（第三世界？）で非経済的手段（軍事的？）によって重要な資源を獲得し、ソ連圏外の経済活動を破壊するために考案された戦略であり、その後、これらの鉱物を西側諸国に供給しないというものだった。^{[ 11 ]}

コバルト不足や「資源戦争」といった状況を回避する重要な方法の一つは、最終用途において代替材料を使用することです。適切な代替材料の基準としては、(1)国内で十分な量が容易に入手できること、または近隣諸国や場合によっては海外の同盟国から入手できること、(2)第一候補の材料と同等の物理的・化学的特性、性能、耐久性を有すること、(3)特に特殊合金の構成要素として、その挙動や特性が十分に確立され、知られていること、(4)既存の技術、設備、加工・製造施設に最小限の変更を加えるだけで加工・製造できることなどが挙げられます。代替材料として提案された例としては、アルミナ製造におけるボーキサイトの代わりに明礬石、コバルトの代わりにモリブデンやニッケル、銅合金製自動車用ラジエーターの代わりにアルミニウム合金製自動車用ラジエーターなどがあります。^{[ 12 ]} 材料の代替品なしで材料を排除することも可能で、例えば、以前は鉱物研磨剤で成形されていた硬い物体を高電圧放電で成形することで、より低いコストで優れた性能が得られます。^{[ 13 ]}または、銅線（固定電話線）をコンピュータ/衛星で置き換えることによっても可能です。

資源を代替する重要な方法の一つは合成であり、例えば工業用ダイヤモンドや多くの種類のグラファイトが挙げられる。ただし、ある種のグラファイトはリサイクル製品でほぼ代替可能である。グラファイトの大部分は合成グラファイトであり、例えばグラファイト電極、グラファイト繊維、グラファイト形状（加工済みまたは未加工）、グラファイト粉末などが挙げられる。

資源を代替または拡張するもう 1 つの方法は、スクラップや廃棄物から必要な材料をリサイクルすることです。これは、材料が散逸しているか、または使用できなくなった耐久性のある製品として入手可能かどうかに依存します。耐久性のある製品の回収は、化学的および物理的な分解に対する耐性、入手可能な量、入手可能な価格、および元の製品からの抽出の容易さに依存します。^{[ 14 ]} 例えば、胃薬に含まれるビスマスは絶望的に散逸しているため回収不可能ですが、ビスマス合金は容易に回収してリサイクルできます。リサイクルが大きな違いを生む良い例は、グラファイトの資源入手可能性の状況です。フレークグラファイトは、キッシュと呼ばれる再生可能な資源から回収できます。キッシュは、溶融金属からスラグとともにグラファイトとして炭素が分離したときに発生する製鉄廃棄物です。冷えた後、キッシュは処理できます。^{[ 15 ]}

他にもいくつかの種類の資源を導入する必要があります。戦略的および重要な物質が資源の最悪のケースであるとすれば、代替やリサイクルによって緩和されない限り、最良のケースの 1 つは豊富な資源です。豊富な資源とは、アルミナを製造するために高アルミナ粘土や斜長岩を使用したり、海水から回収される前のマグネシウムを使用したりするように、その物質がこれまでほとんど利用されてこなかったものです。豊富な資源は、永久資源と非常によく似ています。^{[ 16 ]}埋蔵量ベースとは、現在実証されている技術と現在の経済が機能している時期を超えて経済的に利用可能になる合理的な可能性を持つ、特定された資源の部分です。特定された資源とは、場所、品位、品質、および量が特定の地質学的証拠から既知または推定されているものです。埋蔵量とは、決定時に経済的に抽出できる埋蔵量ベースの部分です。^{[ 17 ]}埋蔵量は、課税や所有企業の広報ニーズによって歪められることが多いため、資源の代替として使用すべきではありません。

ハリソン・ブラウンとその仲間たちは、人類はますます低品位の「鉱石」を処理するようになるだろうと述べた。鉄は、鉄鉱層のどこからでも採取される原岩などの低品位鉄含有物質から得られるだろう。これは、今日北米などでタコナイトペレットの製造に使用されている原料と大差ない。コークス用石炭の埋蔵量が減少するにつれて、銑鉄と鋼鉄の生産にはコークスを使用しないプロセス（電気製鋼など）が用いられるようになるだろう。アルミニウム産業は、ボーキサイトの使用から斜長岩と粘土の使用に移行する可能性がある。 現在海水から得られているマグネシウム金属とマグネシアの消費量（耐火物など）は増加するだろう。硫黄は黄鉄鉱から得られ、その後石膏または無水石膏から得られるようになるだろう。銅、亜鉛、ニッケル、鉛などの金属は、マンガン団塊またはリン鉱床（原文ママ）から得られるだろう。これらの変化は、世界のさまざまな地域で不規則に起こる可能性がある。ヨーロッパや北アメリカではアルミニウムの原料として斜長岩や粘土が使われるかもしれないが、世界の他の地域ではボーキサイトが使われるかもしれない。また、北アメリカではタコナイトが使われるかもしれないが、ブラジルでは鉄鉱石が使われるかもしれない。技術の進歩の結果として、新しい材料が登場するだろう（注：既に登場している）。それらの材料の中には、代替品として機能するものもあれば、新しい特性を持つものもある。リサイクルはより一般的になり、より効率的になるだろう（注：既にそうなっている！）。最終的には、鉱物や金属は「平均的な」岩石を処理することによって得られる。100トンの「平均的な」火成岩からは、8トンのアルミニウム、5トンの鉄、0.6トンのチタンが得られる。^{[ 18 ] [ 19 ]}

地殻存在量データとマッケルビーの埋蔵量-存在量関係に基づくUSGSモデルは、地球の地殻（世界規模）および米国の地殻におけるいくつかの金属に適用されます。マッケルビー関係に最も近い、現在回収可能な（現在の技術、経済規模で）潜在資源は、銅、亜鉛、鉛、銀、金、モリブデンなど、最も長い間探査されてきたものです。マッケルビー関係に従わない金属は、（主要金属の）副産物であるか、最近まで経済にとって重要ではなかったもの（チタン、程度は低いもののアルミニウム）です。ビスマスは、この関係にあまり従わない副産物金属の一例です。米国西部の鉛の埋蔵量3%には、ビスマスはわずか100ppmしか含まれておらず、ビスマスの埋蔵量としては明らかに低品位です。世界の回収可能な資源ポテンシャルは、銅が21億2000万トン、ニッケルが25億9000万トン、亜鉛が34億トン、アルミニウムが35億1900万トン、鉄が20億3500万トンである。^{[ 20 ]} 

さまざまな著者がさらに貢献している。化学産業からの新素材の流れにより、代替品の数はほぼ無限であると考える人もいる。同じ最終製品は、異なる材料や出発点から作ることができる。すべての材料は理論上の強度よりも 100 倍弱いため、転位領域をなくして大幅に強化し、より少ない量で済むようにできるはずである。要約すると、「鉱業」企業はますます多様な製品を持つようになり、世界経済は物質からサービスへと移行し、人口は横ばいになっているようで、これらすべてが材料に対する需要の伸びの鈍化を意味する。材料の多くはやや珍しい岩石から回収され、特定の操業からより多くの副産物や副産物が生まれ、鉱物や材料の貿易が増えるだろう。^{[ 21 ]}

革新的な新技術が材料・鉱物資源の世界にますます大きな影響を与えるにつれ、使用される材料はますます永続的な資源を持つものになりつつあります。すでに永続的な資源を持つ材料は増え続け、再生不可能な資源や戦略的・重要な材料は減っています。塩、石、マグネシウム、一般的な粘土など、永続的な資源を持つ材料については既に述べました。新技術のおかげで、合成ダイヤモンドも永続的な資源のリストに加わりました。これは、別の形態の炭素の塊から容易に製造できるためです。合成グラファイトは、石油コークスや繊維などの炭素前駆体から大量に製造されます（グラファイト電極、グラファイト繊維）。Liquidmetal Technologies, Inc.という企業は、結晶原子構造の固有の弱点によって引き起こされる性能上の制限を克服する技術を用いて、材料中の転位を除去しています。この技術により、高温の金属が凝固する際に通常形成される結晶原子構造（転位を含む）ではなく、ランダムな原子構造を保持する非晶質金属合金が製造されます。これらの非晶質合金は、通常の合金よりもはるかに優れた性能特性を持っています。例えば、ジルコニウムチタン液体金属合金は、標準的なチタン合金よりも250%強度が高いです。液体金属合金は、多くの高性能合金に取って代わることができます。^{[ 22 ]}

過去 50 年間の海底探査により、多くの場所でマンガン団塊とリン酸塩団塊が発見されました。さらに最近では、多金属硫化物鉱床が発見され、現在「ブラック スモーカー」から多金属硫化物「黒泥」が堆積しています^{[ 23 ]} 1978 年のコバルト不足の状況には、マンガン団塊から回収するという新しい選択肢があります。韓国の企業は、2010 年にマンガン団塊回収事業の開発を開始する予定です。回収されたマンガン団塊は、平均してマンガン27～30% 、ニッケル1.25～1.5%、銅1～1.4%、コバルト0.2～0.25%（商業グレード）となる^{[ 24 ]。Nautilus} Minerals Ltd.は、既存の技術を新しい方法で組み合わせた水中掃除機のような装置を使用して、海底の巨大な多金属硫化物鉱床から平均亜鉛29.9%、鉛2.3%、銅0.5%の商業グレードの材料を回収することを計画している。Nautilusと提携しているのは、世界をリードする国際企業であるTech Cominco Ltd.とAnglo-American Ltd.である^{[ 25 ] 。}

海底にも適用できるロボット採掘技術は他にもあります。リオ・ティントは衛星リンクを使用して、1500キロメートル離れた作業員が掘削装置を操作し、貨物を積み込み、鉱石を掘り出してコンベアベルトに載せ、その後岩や土を爆破するための爆薬を設置できるようにしています。同社はこのようにして作業員を危険から遠ざけることができ、また作業員の数も減らすことができます。このような技術はコストを削減し、鉱石埋蔵量の金属含有量の減少を相殺します。^{[ 26 ]} このように、膨大な量の資源が利用可能な非従来型の供給源からさまざまな鉱物や金属を入手できます。

最後に、永久資源とは何でしょうか？ASTMによる永久資源の定義は、「人間の時間スケールで事実上枯渇しないもの」です。例として挙げられているのは、太陽エネルギー、潮力エネルギー、風力エネルギーなどです^{[ 27 ]}。これに加えて、塩、石、マグネシウム、ダイヤモンド、および上記で述べたその他の物質も挙げられます。持続可能性の生物地球物理学的側面に関する研究では、資源ストックが持続可能性を達成するか永久資源となるためには700年間持続する必要があり、最悪の場合でも350年間持続する必要があるという賢明な実践のルールが導き出されました^{[ 28 ] 。}

700年以上持続する資源が永久資源であるとすれば、350年から700年持続する資源は豊富な資源と呼べ、ここではそのように定義する。資源から物質を回収できる期間は、人間のニーズと、抽出から製品のライフサイクルを経て最終処分に至るまでの技術の変化、さらに物質のリサイクル可能性と満足のいく代替品の入手可能性によって決まる。具体的には、代替品の入手可能性、リサイクルの程度とその実現可能性、最終消費財のより効率的な製造、より耐久性があり長持ちする消費財、さらにはその他多くの要因といった要素が弱まり、影響を及ぼし始めるまで、枯渇は起こらないことを示している。

検討すべきリソースの種類に関する最新のリソース情報とガイダンスは、「リソースガイド更新版」に記載されています。

永久資源は、古資源へと移行する可能性がある。古資源とは、そこから抽出された物質に対する需要がほとんど、あるいは全くない資源、つまり人間がもはや必要としない廃れた物質のことである。典型的な古資源は、矢じり用の石器である。今では誰も石器の矢じりや槍の穂先を作らない。鉄くずを研いで使う方がはるかに簡単だからだ。廃れた製品には、ブリキ缶、ブリキ箔、学校の石板黒板、医療技術におけるラジウムなどがある。ラジウムは、放射線治療において、はるかに安価なコバルト60やその他の放射性同位元素に取って代わられた。ケーブル被覆材として使われていた非腐食性の鉛は、プラスチックに取って代わられた。

ペンシルバニア産無煙炭は、陳腐化して古資源になりつつある傾向が統計的に示されるもう 1 つの材料です。無煙炭の生産量は、1905 年に 7,040 万トン、1945 年に 4,980 万トン、1965 年に 1,350 万トン、1985 年に 430 万トン、2005 年に 150 万トンでした。一人当たりの使用量は、 1905 年に 84 kg、 1965 年に 7.1 kg、 2005 年に 0.8 kgでした。 ^{[ 29 ] [ 30 ]} これを USGS の無煙炭埋蔵量 186 億トン、総資源量 790 億トンと比較すると、^{[ 31 ]}無煙炭の需要が非常に減少したため、これらの資源は永久に枯渇していると言えます。

無煙炭資源は永久資源の範囲内にまで達しており、無煙炭の需要も大幅に減少していることから、無煙炭が古資源となる可能性はどの程度あるのでしょうか？おそらく、顧客が減り続ける（つまり、暖房用に他の種類のエネルギーに切り替える）ことで、供給ネットワークが衰退し、無煙炭販売業者はコストを賄えるだけの売上を維持できずに閉鎖し、採掘量が少なすぎてコストを賄えない炭鉱も閉鎖されるでしょう。これは相互に強化し合うプロセスです。顧客は汚染や二酸化炭素の排出量が少ない他のクリーンエネルギーに切り替え、その結果、販売量がコストを賄えないために炭鉱販売業者は閉鎖せざるを得なくなります。炭鉱販売業者の他の顧客も、近くに別の炭鉱販売業者を見つけられない限り、切り替えを余儀なくされます。最終的に、販売量がコストを賄えないために炭鉱は閉鎖されるのです。

世界のエネルギーシステムでは、徐々にではあるが着実に根本的な変化が起きており、「古資源」（原油、石炭、天然ガスなど、形成に数百万年かかった有限の化石燃料）の使用から「永久資源」（太陽光、風力、水力、地熱、または持続可能な管理を受けたバイオマスなど、現在の技術で量を維持できる再生可能エネルギー資源）への移行が進んでいる^{[ 32 ] [ 33 ]}。

原油を含む輸送や石油化学製品における従来の用途は、埋蔵量の減少への懸念だけでなく、気候変動や低炭素代替品を支持する政策要因のために、ますます頻繁に段階的な代替の対象となっている^{[ 34 ]}。同様に、もう一つの主要な古資源である石炭も、各国で排出量削減に重点が置かれているため、発電部門で急速に減少している^{[ 35 ]}。

永久資源は持続可能性を提供し、多くの場合、製品のライフサイクル後半での運用コストが低く、環境への影響が最小限に抑えられます。これらの技術のコストと普及は、太陽光発電と風力発電の両方で画期的なレベルに達しています。一方、地熱エネルギーはベースロード電力を提供し、水力発電と最新のバイオマス（MFR）は多様な供給を提供します^{[ 36 ]}。

太陽光、水力、風力などの発電方式が、石炭や原油に徐々に取って代わりつつあります。しかし、インフラ整備の初期費用が高いこと、風力や太陽光などの再生可能エネルギーの予測不可能な性質、重要な鉱物の供給不足、化石燃料の採掘に大きく依存しているコミュニティへの社会経済的影響などにより、この移行は困難を伴っています^{[ 37 ]}。これらの影響が強調され、ストレス管理に基づいた解決策が提案されています^{[ 38 ]}。

古資源は全体的なシェアを失うことはないと予想されているが、重工業、一部の化学製品製造、バックアップ電源用途などの特定の用途ではシェアが減少する可能性が高い。この変革は、より安全なエネルギー供給、長期的な経済の安定性と持続可能性のために設計されている^{[ 39 ]}。